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ハードディスク上のデジタルデータには質量がありますか?

<ブロック引用>

はい、ハードディスク上のデジタル データには質量があります。

今日の世界では、データが王様です。どこを見ても、データは何らかの形で保存されています。あらゆる種類のデータが紙の形で保存されていた昔は、何キログラムの紙 (またはデータ) が使用または保存されているかを簡単に定量化できました。しかし、今日の世界では、そのような比較はかなりばかげています。過去にはまったく考えられなかった、膨大な量のデータでさえハードディスクに保存できるからです。しかし、疑問は残ります…この保存されたデータはすべて質量を持っていますか?それに答える前に、ハードディスクにデータを保存して表示する方法を詳しく見てみましょう.

ハードディスクの仕組み

ハードディスクには、データの読み取りと書き込みに役立ついくつかの部品があります。ハードディスクの最初の主要部分は大皿です。 磁性体でできた円形の板です。大皿は何十億もの小さな領域に分割されています。プラッターの各領域は、磁化 (1) または消磁 (0) することができます。この形式のメモリが磁化される理由は、電源がなくても、この形式のメモリが安全なままであるためです.

(写真提供:Surachit/Wikimedia Commons)

ハードディスクに保存されているデータは、磁化と減磁がどこにでも起こり得る、でたらめなものではありません。コンピュータは、後でデータを見つけることができるように、データを整然と保管します。データのビットは、トラックと呼ばれるプラッター上に存在する循環パスに保存されます .各トラックは、セクターと呼ばれる小さなセクションにさらに分割されます .コンピュータには、ハード ドライブのどのセクタにデータがあり、どのセクタにデータがないかに関する詳細なマップがあります。そのため、データの書き込みやアクセスが必要なときはいつでも、マップを見て適切なアクションを実行します。

読み書きヘッドと呼ばれる小さな磁石を動かすアーム機構があります 大皿の上を前後に移動して、情報を記録または保存します。また、すべてを制御し、ハード ドライブとコンピューターの他の部分との間のリンクとして機能する電子回路もあります。

実際の体重

さて、あなたが知っているほとんどの人に、「体重」のデータがあるかどうか尋ねてみてください。彼らの答えはおそらくノーです。ただし、物理学者や科学関係者を知っている場合、その答えは少し異なるかもしれません。すべての実際的な理由から、ハードディスクの重量は増加しないと断言できますが、この「重量」をどの程度の尺度で考えているかによっては、その言明が疑問視される可能性があります。純粋に正確で科学的な観点から、重量は 10 ~ 14 グラム変化します。これがどのように計算されるかは、以下で確認できます。

すべての原子には、磁気双極子モーメントとして知られる特定の特性があります。 .磁気双極子モーメント理論では、すべての原子が北極と南極を持つ小さな棒磁石のように機能すると述べています。プラッターを構成する磁性体は強磁性体です .データが書き込まれるときの強磁性材料の磁化プロセスでは、すべての N 極が一方向に整列する傾向があります。これにより、特定の原子グループがすべて一方向に磁気的に整列する磁区が形成されます。この原子の磁区が読み取りヘッドに向かって整列する場合、それはセットビット (1) を表します。読み取りヘッドの反対側を向いている場合は、未設定ビット (0) と呼ばれます。

磁石のように作用する各原子は、原子が整列しているか反整列しているかに応じて、一定量のエネルギーを放出することを理解することも重要です。物理法則によると、磁気双極子のペアのエネルギー量は次のとおりです:

2 つの磁気双極子が生成するエネルギー量がわかったので、もう 1 つの方程式を取り上げる必要があります。これは、同じくらい有名な科学者の有名な方程式です。アルバート アインシュタインの悪名高い方程式 E=mc2 にほかなりません .では、この方程式は、データのデジタル質量を見つける上でどのような役割を果たしているのでしょうか?上記の式が導入された理由は、質量が重力と相互作用してオブジェクトに重量があるという効果を生み出すのと同じように、エネルギーも重力と結合して重量を与えることを示すためです。したがって、考えられる 2 つの磁気配列の間のエネルギー差を取り、結果の答えを c2 で割ることによって、デジタル データの等価質量が得られます。

(画像クレジット:Flickr)

デジタル データがハード ドライブをいっぱいにするにつれて、ハード ドライブのおおよその質量がどのように変化したのか、まだ疑問に思われているかもしれません。データを保存する材料として 10 グラムのコバルトを選択するとします。各原子によって寄与される磁気双極子モーメントは、単一の自由電子によって提供されます。単一の電子から追加される磁気双極子モーメントは、ボーア マグネトロンに等しい .ボーア マグネトロンは、原子物理学における物理定数です。電子の軌道角運動量またはスピン角運動量によって引き起こされる電子の磁気モーメントを表現するための自然な単位です (ちょっと待ってください。ここからは簡単になります)。

ニールス・ボーア。 (写真提供:パブリック ドメイン / ウィキメディア コモンズ)

これは、1023 個の電子があることを意味します (計算は省きます)。 1TB のハードディスクには、約 400cm2 に 1012 近くのドメインが存在します。各ドメインに 4 つの隣接ドメインがあると仮定すると、すべてが同じ方向に整列している場合は -5J、すべてが逆方向に整列している場合は +5J になります。これらの値を上記の式に代入して c2 で割ると、10 ~ 14 グラムの有効質量差が得られます。これが、信じられないほど小さな量であっても、デジタル データに質量があることを証明する方法です!


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